随钻录井仪井下耐高温控制系统设计

发布时间：2020-03-19 22:39

【摘要】：确保钻井过程的安全、获取地壳中油气藏的信息是油气勘探开发的首要前提和最终目的,获取信息的可靠性、及时性和多样性直接影响到油气勘探开发的成败。开发能够在井下实时、准确、高效地获取油气藏信息的随钻录井仪对油气勘探开发有重要意义。控制系统作为随钻录井仪的重要组成部分,扮演着指挥中心的角色,设计出能够在井下运行的耐高温控制系统是开发随钻录井仪的关键技术。论文以课题组与某公司合作项目为背景,对油气勘探开发中随钻录井仪控制系统的功能和性能开展深入研究与设计。在功能设计方面,首先通过对井下工作流程分析,确定了控制系统的功能需求;然后以此为基础,对各个功能进行了模块划分,后续的硬件电路和软件程序都按照上面的功能划分进行设计。针对功能划分的详细设计上,论文采用模块化设计。依据各个功能之间的联系度和相对独立性,将控制系统划分为单片机控制模块、信号采集与处理模块(包括A/D转换电路)、无刷直流电机驱动模块、电源变换模块和电磁阀驱动模块。针对控制系统的软硬件实现方面,选用Microchip公司的PIC18F4680-E型号单片机,基于MPLAB集成开发环境,完成了主程序和子程序设计。设计了NCV33035电机控制芯片和IR2103电桥驱动芯片搭配的无刷直流电机驱动电路,选用PGA900可编程逻辑控制器和OPA2333低功耗CMOS运算放大器分别作为压力信号和位移信号的采集芯片。按照井下控制系统的工作流程,实现了主程序以及各个子程序。在耐高温性能设计方面,通过对控制系统的散热过程进行理论分析并考量工程实际,对于功耗大,发热明显的模块,采用热电制冷器+散热器的散热方案,先通过热电制冷器主动将芯片发出的热量从冷端转移到热端,然后再通过散热器将热端的热量以对流换热的方式传递到环境中。结合理论研究和仿真结果进行了实验验证,整个控制系统可以在120℃环境下长时间工作,结果表明论文所设计的井下控制系统是可行的,能够满足功能和性能的设计要求。
【图文】：

集成电路,主要因素,比例,电子产品

即小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规及巨大规模（ULSI），现又将进入 GLSI 时代。 18 个月翻一番，增长速度非常快[27]。集成电路的应用环境也越来越多变，比如现在生表，工业中的机械手、智能机器人、无人汽车等体积很小，对集成电路的尺寸提出了很高的要求人汽车对集成电路的可靠性要求更高，稍有一点主的人身安全[28]。C 集成度的不断提高，，另一方面是人们对电子产品。电子产品正朝着功率需求上升化、设备小型化带来的是电子设备内部电子元件整体功耗及发热度上升。根据美国空军航空电子整体研究项目的性的诸多因素中，如温度、振动、湿度、粉尘等， 1.4 所示。

结构图,安装座,控制系统,结构图

杭州电子科技大学硕士学位论文制系统的安装结构设计空间非常有限，对控制系统的尺寸大小要求很高，尤其对控制寸要求更高（针对直径为 8 英寸的钻铤，控制系统安装结构径mm）。系统的电路板安装在机械结构－－安装座中，安装座同时具有统电路板以及散热功能。考虑多种因素，本项目将控制系统的并排布在三块相同大小的电路板上，因此安装座的设计方案采工三个对称的平面，并在每个平面的四个角设计螺纹孔，用来座的三视图、轴测图以及三维图如下所示。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE927

【参考文献】